クラスターイオンビーム技術(蒸着と結晶性制御)に関する研究

• Project/Area Number: 58065006
• Research Category: Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 高木 俊宜 (1985-1987) 京都大学, 工学部, 教授 (10025801); 高木 俊宣 (1983-1984) 京大, 工, 教授
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高岡 義寛 京都大学, 工学部, 助教授 (90135525) ; 山田 公 京都大学, 工学部, 教授 (00026048)
• Project Period (FY): 1983 – 1987
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1987)
• Budget Amount: ¥274,000,000 (Direct Cost: ¥274,000,000); Fiscal Year 1987: ¥21,000,000 (Direct Cost: ¥21,000,000); Fiscal Year 1986: ¥49,000,000 (Direct Cost: ¥49,000,000); Fiscal Year 1985: ¥87,000,000 (Direct Cost: ¥87,000,000); Fiscal Year 1984: ¥71,000,000 (Direct Cost: ¥71,000,000); Fiscal Year 1983: ¥46,000,000 (Direct Cost: ¥46,000,000)
• Keywords: クラスターイオン / ICB-マイクロ波イオン源併用方式 / 粒界拡散 / 低温形成 / 高機能デバイス / 結晶性制御 / クラスター / イオンビーム / エピタキシ / クラスタ / 超LSI

Research Abstract

特別推進研究の最終年度に当たる本年度は, ICB技術のもつ特徴を利用して金属, 半導体, 絶縁物や有機物など各種材料を組合わせた複合材料やGaAs, Hg_<1-x>Cd_xなどの高機能デバイス材料の薄膜作製を行い, 結晶性制御技術としてその基礎を確立した. また, CuやAuは半導体中の拡散が非常に大きく, 一方Siは多くの金属と反応してシリサイドを形成するが, ICB法でSi基板上に作製したCu薄膜ではクラスターをイオン化・加速することによって拡散が制御できることを実証した. さらに, 本年度購入した表面電子状態測定システムを用いてAl, Au, Cuなどの金属薄膜の蒸着初期過程の表面状態からICBによる金属薄膜形成では, 数原子層で既に一様な膜が形成され, 界面も平坦であることが判明した. これらの結果は, クラスターイオンのもつ運動エネルギーの増大とともに, 膜中の粒界間の結合力の増大あるいは熱的に安定な界面形成によって粒界拡散が抑えられたためと考えられ, 拡散機構き解明に新しい知見を得るとともに, 電極・配線材料への応用にもICBは有効であることが判明した.
次に, これまでの研究成果を踏まえてICBのプロセス応用技術として, ICBと単原子イオンビームとを組合わせたICB-マイクロ波イオン源併用方式を開発した. 蒸着膜の結晶性や膜の平坦度, 基板との付着力なとの諸物性はICB側で制御し, 反応性ガスとの反応度(例えば反応性ガスの付着確率など)とマイクロ波イオン源側で制御して, 酸化物, 窒化物なとの化合物合成が自由に制御できた. 例えば, 透明で熱的・化学的に安定なAl_2O_3, AIN, Sin膜が100°Cの低基板温度で作製でき, かつ作製された膜は構造材, 半導体, 金属材料などの保護膜としても広い応用が可能となった. 本併用方式は, 蒸着時の自由度をさらに高め良質な化合物薄膜の低温形成が可能となり, 国際会議に発表し高い評価を得た.

Research Products

• [Publications] Toshinori Takagi, Gikan Takaoka, and Junzo Ishikawa: Abstracts of Materials Research Society 1987 Fall Meeting, Boston, USA (To be published in Mat. Res.Soc.Symp.Proc.). 126 (1987)
• [Publications] Isao Yamada, Hiroaki Usui, and Toshinori Takagi: Abstracts of Materials Research Society 1987 Fall Meeting, Boston, USA (Mat.Res.Soc.Symp.Proc.). 116-117 (1987)
• [Publications] Hiroaki Usui, Isao Yamada, and Toshinori Takagi: Abstracts of Materials Research Society 1987 Fall Meeting, Boston, USA (Mat.Res.Soc.Symp.Proc.). 278 (1987)
• [Publications] Gikan H.Takaoka, Junzo Ishikawa, and Toshinori Takagi: Thin Solid Films. 159. 143-158 (1988)
• [Publications] Gikan H.Takaoka, Junzo Ishikawa, Isao Yamada, and Toshinori Takagi: Proceedings of the 6th International Conference on Ion & Plasma Assisted Techniques, Brighton, UK. 140-145 (1987)
• [Publications] Isao Yamada, Hiroaki Usui, and Toshinori Takagi: Proceedings of the 6th International Conference on Ion & Plasma Assisted Techniques, Brighton, UK. 340-345 (1987)
• [Publications] Toshinori Takagi: "Physics of Thin Films, Vol.13" Academic Press, Inc., 1-58 (1987)
• [Publications] T.Takagi: Z.Phys.D-Atoms,Molecules and Clusters. 3. 271-278 (1986)
• [Publications] T.Takagi: Vacuum. 36. 27-31 (1986)
• [Publications] I.Yamada;H.Usui;T.Takagi: Z.Phys.D-Atoms,Molecules and Clusters. 3. 137-142 (1986)
• [Publications] I・Yamada: Proc.Int′l Workshop on ICBT-ICBT'86-,Tokyo and Kyoto,The Research Group of Ion Engineering and the Foundation for the Promotion of Ion Engineering. 101-108 (1986)
• [Publications] H.Takaoka;Y.Obata;K.Fujita;J.Ishikawa;T.Takagi: Proc.Int'l Workshop on ICBT-ICBT'86-,Tokyo and Kyoto,The Research Group of Ion Engineering and the Foundation for the Promotion of Ion Engineering. 143-146 (1986)
• [Publications] H.Takaoka;S.Toyoyama;S.Murakami;K.Matsubara;T.Takagi: Proc.Int'l Workshop on ICBT-ICBT'86-,Tokyo and Kyoto,The Research Group of Ion Engineering and the Foundation for the Promotion of Ion Engineering. 155-158 (1986)
• [Publications] T.Takagi: Vaccum. (1985)
• [Publications] I.Yamada,H.Takaoka,H.Usui and T.Takagi: J.Vac.Sci.Technol.(1985)
• [Publications] I.Yamada,H.Usui,H.Inokawa and T.Takagi: Surf.Sci.(1985)